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CONEXIONES CONEXIONES ESTRUCTURALES

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA ASPECTOS GENERALES En una estructura de acero los elementos que la componen están unidos con conexiones atornilladas, soldadas o remachadas. Si estas uniones no se diseñan adecuadamente pueden representar el punto débil de la estructura. Por esta razón, el diseño estructural y el detallado de las conexiones es uno de los aspectos más importantes de una obra de acero. El diseño adecuado de las conexiones no sólo estriba en la seguridad estructural sino que también representa un costo significativo en la construcción, por lo que una buena conexión es aquélla que resulta práctica, sencilla, económica y segura; no siendo fácil satisfacer estos requerimientos simultáneamente ya que el comportamiento de éstas, bajo cargas cíclicas, resulta muy complejo. La predicción del comportamiento de una estructura ante las solicitaciones que actuarán en ella, aspecto fundamental del diseño sísmico, se basa en las características que se supone tienen los materiales que la constituyen. Debe comprobarse, por lo tanto, que esta hipótesis se cumpla con un grado de aproximación razonable y aceptable. En general el comportamiento de las conexiones es muy complejo y más difícil de predecir que el de los miembros estructurales. Generalmente en el diseño de las conexiones se emplean factores de seguridad mas grandes (factores de reducción de resistencia menores).

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA 6 4

7

4 6

1

Conexión trabe-columna de esquina

2

Conexión trabe-columna

3

Conexión de viga secundaria a trabe

4

Conexión de columna y de cabezal

5

Placa base de columna

6

Conexión de larguero de cubierta y de fachada Conexión de trabe-columna en marco rígido.

5

1

2 4

7

2 3

2

5

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CONEXIÓN TRABE-COLUMNA DE ESQUINA 3

TIPO

6 3 LADOS TIPO

8 3 TORNS Ø 16

TRABE

PLACA CORTANTE

8 COLUMNA

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

8

TIPO

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CONEXIÓN TRABE-COLUMNA 3

TIPO

6 3 LADOS TIPO

8

TRABE

TRABE

PLACA CORTANTE

8 8

TIPO

COLUMNA

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CONEXIÓN VIGA SECUNDARIA A TRABE

PLACA DE CONEXIÓN

TRABE

3 TORNS Ø 16

TRABE VIGA

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA EMPALME DE COLUMNA Y DE CABEZAL

PLACA DE CONEXIÓN

PLACA TAPA DE TRABE

TRABE

PLACA DE CONEXIÓN

TRABE

TRABE

3

2

PLACA TAPA DE COLUMNA

5

COLUMNA

EMPALME DE CABEZAL

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

EMPALME DE COLUMNA

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CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA

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CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA PLACA BASE DE COLUMNA

ANCLAS (PERNOS DE ANCLAJE)

PLACA BASE

PLACA BASE

LECHADEADO

COLUMNA

PLANTA CONCRETO

ANCLAS (PERNOS DE ANCLAJE)

ELEVACIÓN

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

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CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA

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CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CONEXIÓN DE LARGUERO DE CUBIERTA Y DE FACHADA LARGUERO 2 TORNS Ø 8 PLACA DE CONEXIÓN

COLUMNA

2 TORNS Ø 8

PLACA DE CONEXIÓN

ARMADURA A-1

LARGUERO

LARGUERO

LARGUERO DE FACHADA

LARGUERO DE CUBIERTA

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

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CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CONEXIÓN TRABE-COLUMNA DE MARCO RÍGIDO

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CONEXIONES SOLDADAS VERSUS ATORNILLADAS Las conexiones remachadas están en desuso actualmente. El uso de las soldadura estructural como principal medio de unión entre miembros estructurales en México data de más de 50 años. Los tornillos de alta resistencia se han utilizado a partir de hace más de 20 años en conexiones estructurales trabe-columna, principalmente en edificios altos. Con mucha frecuencia, el diseñador debe tomar la decisión de emplear conexiones soldadas y atornilladas, en ocasiones esta decisión se basa en la experiencia práctica, costo de las juntas y rapidez constructiva.

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CLASIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES ESTRUCTURALES SEGÚN DIVERSOS ASPECTOS 1.- Tipo de conectores - Remaches (en desuso) - Soldadura - Tornillos de alta resistencia ASTM A325 (NOM-H-124) y ASTM 490 (NOM-H-123). Las conexiones atornilladas pueden ser tipo aplastamiento y por fricción. 2.- Rigidez de la conexión - Flexible - Semi-rígida - Rígida 3.- Material de la conexión - Ángulos - Placas y ángulos - Ángulos de asiento - Perfiles Te Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CLASIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES ESTRUCTURALES SEGÚN DIVERSOS ASPECTOS 4.- Tipo de fuerza que transmiten - Fuerza cortante (conexión flexible) - Fuerza cortante y momento flexionante (conexión rígida). - Fuerzas internas de tensión y compresión (armaduras y contraventeos). 5.- Sitio donde se fabrican - Conexiones de taller (hechas en el taller de fabricación de estructuras metálicas). - Conexiones de campo (fabricadas en el taller y armadas en el sitio de la obra). 6.- Resistencia de conexión - Conexiones por fricción. - Conexiones por aplastamiento NOTAS: En las conexiones por fricción se considera que su resistencia se desarrolla por cortante en los sujetadores en el plano potencial del deslizamiento entre las partes unidas. No se Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CLASIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES ESTRUCTURALES SEGÚN DIVERSOS ASPECTOS ningún movimiento relativo entre las partes conectadas hasta que no se exceda la carga de diseño. En la conexiones por aplastamiento se considera que su resistencia es una combinación de la resistencia a cortante de los sujetadores (tornillos o remaches) y del aplastamiento del material unido contra el sujetador.

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CLASIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA. De acuerdo con el comportamiento idealizado de las conexiones trabe-columna y tipos d elementos de unión utilizados, las conexiones se clasifican en: CONEXIONES FLEXIBLES

Por alma

CONEXIONES EN CORTANTE SIMPLE Con ángulos de asiento

Con ángulos Ángulo sencillo o de un solo lado Con perfiles TE Con placa sencilla

Conexiones con apoyo atiesado Conexiones con apoyo no atiesado

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA CLASIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA. CONEXIONES RÍGIDAS

A MOMENTO

Con placas a patines y al alma Con placa de extremo Con Tes a los patines de las columnas Con asiento inferior y placa superior al patín

NOTA: En las conexiones flexibles se utilizan elementos de unión que permiten rotaciones en los extremos de los miembros conectados. Se permiten deformaciones inelásticas en dichos elementos, y se prevén holguras en los bordes para este fin. Las conexiones a momento desarrollan la capacidad total de los miembros unidos rigidamente y mantienen los ángulos entre los ejes de las piezas sin cambio, bajo cualquier rotación de la junta. Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA REQUISITOS FUNDAMENTALES QUE DEBE CUMPLIR UNA CONEXIÓN ESTRUCTURAL La decisión de que las conexiones estructurales trabe-columna sean sodladas o atornilladas, depende de numerosos factores. No obstante, las conexiones independientemente del tipo de conector empleado, deben cumplir con los siguientes requisitos básicos: SEGURIDAD La junta debe garantizar la integridad de la estructura en conjunto y la de los miembros estructurales que une.

ECONOMÍA El costo de los elementos de unión (tornillos, soldadura y remaches) y de los perfiles que forman la junta (placas horizontales y verticales, ángulos, Tés, etc.) y de los procesos de fabricación debe ser encomómicamente razonable. PRECISIÓN GEOMÉTRICA ACEPTABLE (TOLERANCIAS) Los elementos que integran la junta deben permitir la unión sin tener que hacer grandes ajusten en campo. Las tolerancias en la estructura de acero son al milímetro.

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

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CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA REQUISITOS FUNDAMENTALES QUE DEBE CUMPLIR UNA CONEXIÓN ESTRUCTURAL SENCILLEZ Es deseable que la junta sea lo mas sencilla posible para reducir aquellos puntos potenciales que atenten contra la seguridad de la estructura durante sismos fuertes. FACILIDAD DURANTE EL MONTAJE Las juntas deben facilitar su posición definitiva en obra. Deben evitarse juntas soldadas en campo que requieran un volumne importante de aplicación de soldadura, ya que son más difíciles de ralizar y ameritan precauciones especiales para obtener la calidad requerida. CONTINUIDAD El empleo de juntas que aseguren un determinado grado de continuidad, supone un ahorro de acero debido a la posiblidad de diseñar una estructura como continua (conexiones a momento). PROTECCIÓN CONTRA EL INTEMPERISMO Las conexiones deben protegerse contra la corrosión y los efectos de un incendio. Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA GRÁFICA MOMENTO DE ROTACIÓN PARA LOS TIPOS DE CONSTRUCCIÓN ADOPTADOS POR LAS NTC-RDF, AISC, IMCA Y NTC-RDF-2004

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

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CONEXIONES ESTRUCTURALES TRABE-COLUMNA TIPOS DE CONSTRUCCIONES ADOPTADOS POR LAS NORMAS DE DISEÑO

Referencia: Diseño de conexiones de acero estructural

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

DISEÑO DE CONEXIONES DE ACERO ESTRUCTURAL CONEXIONES RESISTENCIA

ATORNILLADAS

HECHAS

CON

TORNILLOS

DE

ALTA

El comportamiento de las conexiones estructurales trabe-columna es más complejo y difícil de predecir que el comportamiento de miembros estructurales aislados. Usualmente, en el diseño de las uniones se emplean factores de seguridad más grandes (factores de reducción de resistencia menores). Las Especificaciones y normas de diseño de estructuras métalicas vigentes (NTC-RCF2004, AISC-LCFD-1999 y AISC-ASD-1989), reconocen como elementos de unión o conectores entre las diversas piezas de una estructura a los tornillos y la soldadura. Los remaches han caído en desuso y actualmente han desaparecido de la práctica.Las Especificaciones no proporcionan ninguna guía para determinar las fuerzas en los conectores y en las conexiones. Esto es parte del análisis y diseño de la estructura. Longitud de rosca

A 325

F

H

Longitud del tornillo

H

W

Fig. Tornillo de alta resistencia ASTM A325 (NOM-H-124) Y ASTM 490 (NOM-H-123)

DISEÑO DE CONEXIONES DE ACERO ESTRUCTURAL DISTANCIA MÍNIMA AL BORDE, EN MM

(DESDE EL CENTRO DEL AGUJERO ESTANDAR AL

BORDE DE LA PARTE CONECTADA)

Agarre

K

Longitud necesaria

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

DISEÑO DE CONEXIONES DE ACERO ESTRUCTURAL TIPOS DE TORNILLOS DE ACERO ESTRUCTURAL Los tornillos de alta resistencia utilizados en juntas y conexiones estructurales de acero se identifican con las normas ASTM (American Society of Testing Materiales) ó NOM (Normas Oficiales Mexicanas, Dirección General de Normas, DGN).

a

b

Gustavo Guillermo Bañuelos Ortega Ingeniero Civil

DISEÑO DE CONEXIONES DE ACERO ESTRUCTURAL LONGITUD NECESARIA PARA CUALQUIER AGARRE DE TORNILLOS

Agarre

K

Longitud necesaria

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DISEÑO DE CONEXIONES DE ACERO ESTRUCTURAL

DISEÑO DE CONEXIONES DE ACERO ESTRUCTURAL DIMENSIONES NOMINALES DEL AGUJERO

Referencia: Manual de Construcción en acero